Ce travail est consacré à l’étude du comportement photochimique d’un encapsulant multifonctionnel de cellules photovoltaïques organiques (CPO) dont la finalité est d’augmenter à la fois la durée de vie et le rendement de conversion des cellules. L’étude rapportée dans ce manuscrit porte sur le développement d’un revêtement permettant la conversion lumineuse du rayonnement UV solaire, ce dernier étant un facteur important de dégradation des CPO à base de P3HT et ne contribuant que faiblement à la conversion photovoltaïque. Dans un premier temps cette étude a porté sur l’élaboration d’une couche de conversion à partir d’une matrice polymère en EVA et d’une charge luminescente inorganique (SrAl2O4 : Eu2+, Dy3+). Dans un second temps, l’évolution des propriétés physiques et chimiques de cette couche de conversion sous irradiation à des longueurs d’onde supérieures à 300 nm a été étudiée. La présence des charges s’est révélée être un facteur pro-dégradant des films composites, sans pour autant que le mécanisme de dégradation du polymère ne soit affecté. L’étude des conditions de propagation de la lumière dans les films diffusants par l’application de la théorie de Mie a mis en évidence une possible augmentation du trajet optique des photons dans certains films composites. Ce phénomène pourrait contribuer à expliquer l’origine du comportement photochimique particulier des films étudiés. C’est finalement une preuve de concept qui a été recherchée pour l’utilisation d’un revêtement multifonctionnel pour l’amélioration et la conservation des propriétés de conversion d’une CPO à base de P3HT. / This work is devoted to the study of the photochemical behavior of a multifunctional coating dedicated to the encapsulation of organic solar cells (OSC), elaborated with the aim of improving both the lifetime of the cells and their efficiency. The study reported in this manuscript focuses on the development of a coating allowing the conversion of UV sunlight, this last greatly damaging P3HT based OSC and poorly contributing to the photovoltaic conversion. A composite film was then elaborated by incorporating an inorganic luminescent filler (SrAl2O4 : Eu2+, Dy3+) in Ethyl Vinyl Acetate copolymer (EVA). The modifications of chemical and physical properties of these films were investigated upon irradiation using wavelengths beyond 300 nm. The presence of fillers was revealed to be a pro-degrading factor of the composite films, without existence of any change of the degradation mechanism of the polymer. The propagation of light within these films was carefully investigated by applying Mie theory. The results highlight a possible increase of the light optical path in composite films due to scattering. This phenomenon might contribute to explain the photochemical behavior of the studied films. At last, a proof of concept was searched for the design of multifunctional coatings able to increase and preserve the conversion properties of a P3HT based OSC.

Cette thèse porte sur l’étude des effets de la lumière sur une jonction tunnel magnétique (JTM). Une JTM est constituée d’une couche isolante d’épaisseur nanométrique située entre deux couches magnétiques. Lorsqu’un courant électrique est injecté dans une telle structure, une tension apparaît. Cette tension dépend de l’orientation relative des aimantations des 2 couches magnétiques : c’est l’effet de magnétorésistance tunnel. Nous avons pu montrer dans ce travail de thèse qu’une observation similaire est obtenue lorsque la jonction est irradiée avec de la lumière. En étudiant l’influence du substrat, de la position du faisceau lumineux, de la longueur d’onde de la lumière ainsi que de la réponse du système a un pulse laser, nous avons pu mettre en évidence la présence d’effets photovoltaïque et Seebeck. Ces résultats montrent qu’il est possible, grâce à la lumière solaire, de lire l’information de mémoires magnétiques (type M-RAM) constituées d’une JTM / This thesis is devoted to the study of the effects of light on a magnetic tunnel junction (MTJ). A MTJ is made of a nanometer thick insulating layer sandwiched between the two magnetic layers. When an electric current is injected into such a structure, a voltage can be measured across the insulating layer. This voltage depends on the relative orientation of the magnetizations of the two magnetic layers. This is known as the tunnel magneto-resistance effect. We have shown in this thesis that voltage depending on the orientation of the magnetic layers can be measured when the junction is illuminated with light. By studying the influence of the substrate, the position of the light beam, the wave length of light and the response of the system to a laser pulse, we have been able to demonstrate the presence of photovoltaic and Seebeck effects. These results show that it is possible, thanks to the sunlight, to read the information from magnetic memory (MRAM) made of a MTJ

L'utilisation de la réaction de cycloaddition 1,3 de Huisgen afin d'optimiser les propriétés de polymères fluorés constitue l'objectif de ce travail. Cette cycloaddition a été étudiée selon deux stratégies spécifiques. La première consiste en une cycloaddition, réalisée entre un groupe azidé et une fonction nitrile, non catalysée, tandis que la seconde concerne la cycloadditon, catalysée par le cuivre, entre un groupe azido et une fonction alcyne dont la réaction est classiquement appelée « click chemistry ». Le premier chapitre est consacré à une étude bibliographique sur la réticulation et la post-réticulation chimiques des polymères à température ambiante et à des températures inférieures à 150 °C. Cette étude décrit de façon quasi-exhaustive les différentes réactions chimiques permettant de réaliser une réticulation, et ce en les classant par fonctions clés. Le second chapitre décrit la réticulation d'un élastomère fluoré commercial, porteur de fonction nitrile par cycloaddition 1,3 de Huisgen non catalysée à l'aide d'un agent réticulé fluoré téléchélique bisazidé. Une étude modèle de la réaction de cycloaddition mettant en jeu une réaction nitrile-azide à l'aide de composés moléculaires afin de déterminer les meilleures conditions de réaction. Le troisième chapitre concerne le greffage d'un composé phthalocyanine sur un copolymère fluoré (de type poly(chlorotrifluoéthylène-co-2-iodoethyl vinyl éther) par cycloaddition de Huisgen catalysée au cuivre, ou « click chemistry », dans le but d'obtenir un composé possédant des propriétés photovoltaïques intéressantes. / The objective of this work deals with the Huisgen 1.3 cycloaddition reaction to optimize the properties of fluoropolymers. This cycloaddition is investigated using two main strategies. The first one concerns a cycloaddition performed between an azide group and a nitrile function, and non-catalyzed, while the second one is a copper-catalyzed cycloadditon, involving a group azide and an alkyne function and this reaction is conventionally called "click chemistry". The first chapter is devoted to a non-exhaustive literature review on the chemical crosslinking and post-crosslinking polymers carried out at room temperature and at temperatures below 150 ° C. This study describes a list of different chemical reactions to achieve a crosslinking, and that classifying them by key functions. The second chapter describes the crosslinking of commercially available, fluoroelastomer, bearing nitrile groups by 1,3 Huisgen uncatalyzed cycloaddition using a telechelic fluorintaed bisazido crosslinking agent. This chapter exhibits first a model study of the cycloaddition involving a nitrile-azide reaction to determine the best reaction conditions. The third chapter concerns the grafting of an alkyne phthalocyanine compound onto a fluorinated copolymer (poly(chlorotrifluoethylene-co-2-iodoethyl vinyl ether) by 1,3 Huisgen cycloaddition catalyzed by copper, or "click chemistry", to obtain a compound having good photovoltaic properties.

Le développement des systèmes énergétiques renouvelables et/ou conventionnels pour l’alimentation des zones décentralisées est confronté à de multiples barrières techniques, institutionnelles, socioculturelles et surtout financières. La solution défendue dans cette thèse est de rechercher des approches pour concevoir des systèmes durables et rentables, conditions requises pour le développement de l’électrification rurale par le secteur privé. L’analyse des différents critères économiques permet tout d’abord de définir plusieurs types d’équivalence entre critères économiques : équivalence décisionnelle, équivalence pour le dimensionnement optimal et équivalence pour le classement des solutions techniques. Cette première étude permet de démontrer que les 3 critères économiques habituellement utilisés (le LCOE, le taux de rentabilité interne, et le temps de retour sur investissement) aboutiront à des solutions techniques optimales différentes. Un modèle technico-économique est alors développé pour les systèmes hybrides PV/Diesel sans batteries de stockage en site isolé. Une application au site 2iE-K1 (Ouagadougou) permet de valider la conformité des modèles par comparaison au logiciel HOMER. On montre que les critères de taux de rentabilité interne maximum ou de temps de retour sur investissement minimum limitent l’investissement et le montant de la dette maximale. Plusieurs solutions optimales, dépendant du critère économique considéré, sont alors proposées pour un cas d’application réel : l’électrification de la localité rurale de Bilgo. Le travail réalisé au cours de cette thèse se situe donc dans la branche des outils de dimensionnement optimal et d’optimisation technico-économique des systèmes de production décentralisée d’énergie. / The development of renewable and / or conventional energy systems for power supply to decentralized areas faces many technical, institutional, socio-cultural and financial barriers. The solution recommended in this thesis is to look for approaches to design sustainable and cost-effective systems for the development of rural electrification by the private sector. An analysis of various economic criteria allows first to define several types of equivalence inter-linking them: equivalence for investment decision, equivalence for the optimal sizing and equivalence for ranking technical solutions. This first study shows that the three economic criteria usually used (levelized cost of energy, internal rate of return and discounted payback period) lead to different optimal technical solutions. A techno-economic model is then developed for off-grid batteryless PV/Diesel hybrid systems. An application to 2iE-K1 campus (Ouagadougou) has been done to validate the compliance of models compared to HOMER software. It shows that the maximum internal rate of return criteria or minimum discounted payback period criteria reduces the initial investment and the amount of the maximum debt. Several optimal solutions are then obtained, depending on economic criteria under consideration. The electrification of the rural community of Bilgo has been chosen for a real case study. The work carried out, through this thesis, could be classified in the category of optimal design and techno-economic optimization tools for off-grid energy production systems.

Face aux enjeux environnementaux actuels, s’investir dans les énergies renouvelables au nom de la « transition énergétique » est l’alternative la plus adoptée par de nombreux pays. Les énergies renouvelables, en particulier l’énergie photovoltaïque, sont ainsi devenues des secteurs concurrentiels innovants en pleine expansion. Dans ce contexte, il est donc nécessaire de s'assurer que les nouvelles technologies PV, qui sont complexes et issues de plusieurs étapes de fabrication, répondent aux critères d'un produit peu impactant pour l’environnement, dénommé ici éco-conçu. L’état de l’art sur l’éco-conception montre que la prise en compte des contraintes environnementales dans les projets de R&D à échelle TRL « Technology Readiness Level » bas est encore un phénomène émergent, pour les raisons suivantes : d’une part l’évaluation de l’impact environnemental est relativement complexe pour une technologie non mature en cours de développement (TRL bas) ; ses caractéristiques et procédés de fabrication n’étant pas encore tous connus ; d’autre part les outils identifiés présentent plusieurs écueils qui limitent leur intégration dans les organismes PV de R&D.Ce travail de recherche vise donc à développer une méthodologie pour permettre l’intégration pérenne de l’éco-conception dans les organismes de R&D, pour accompagner leurs partenaires industriels dans leur effort d’innovation et de compétitivité.La méthode développée est ainsi basée sur le principe d’estimation des taux d’évolutions techniques, économiques et environnementales d’une nouvelle technologie (TRL bas) par l’intermédiaire d’une base de données de référence. La construction de cette dernière s’appuie sur l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) comme outil de pilotage pour fournir des résultats fiables, malgré le faible niveau TRL.Pour intégrer de façon pérenne cette approche au sein des organismes de R&D, la méthode développée a été implémentée dans un outil informatique « ECO PV » dédié aux systèmes PV en silicium cristallin, qui constituent plus de 90% du marché PV actuel. Basé sur le principe de démocratisation des connaissances environnementales et de la capitalisation des informations, cet outil est accessible non seulement aux experts en ACV mais aussi à l’ensemble des ingénieurs du domaine PV.Ce travail de recherche a enfin permis d’une part de générer des premiers résultats à la fois fiables, simples et quantifiés, et de développer une méthodologie d’éco-conception pour orienter les choix technologiques des projets dans les phases amont de R&D, afin de développer des systèmes PV plus respectueux de l’environnement. / Faced with current environmental challenges, investing in renewable energies in the name of the "energy transition" is the alternative most adopted by many countries. Renewable energies, in particular photovoltaic solar (PV) energy, have thus become innovative and competitive sectors in full expansion. In this context, it is therefore necessary to ensure that new PV technologies, which are complex and the result of several manufacturing stages, meet the criteria of a product with low environmental impact, referred here as eco-designed.The state of the art on eco-design shows that the consideration of environmental constraints in R&D projects with low TRL "Technology Readiness Level" is still an emerging phenomenon, for two main reasons. On the one hand, environmental impact assessment is relatively complex for a non-mature technology under development (TRL low) because its characteristics and manufacturing processes are not yet fully defined. On the other hand, the identified tools in the literature have several limitations that impede their appropriation in R&D organizations.This research work therefore aims to develop a methodology to enable the sustainable integration of eco-design into R&D organizations, supporting their industrial partners in innovation and competitiveness. Thus, the developed method is based on the estimation of the evolution rate of technical, economic and environmental criteria of a new technology (low TRL) through a specific database of reference. The construction of the database relies on Life Cycle Assessment (LCA), used as a management tool to provide reliable results, despite the low TRL level.To integrate this approach into R&D organizations in a sustainable way, the method developed was implemented in a software "ECO PV" dedicated to crystalline silicon PV systems, which represent more than 94% of the current PV market today. Based on the principle of democratization of environmental knowledge and capitalization of information, this tool is accessible not only to LCA experts but also to all engineers in the PV field.Finally, this research work enabled to generate reliable, simple and quantified results and to develop an eco-design methodology to guide the technological choices of projects in the upstream phases of R&D, in order to develop PV systems more environmentally friendly.

L'efficacité du processus photovoltaïque dépend du matériau actif à travers la structure de bande et la dynamique des porteurs de charge. Dans cette thèse, nous avons relié les propriétés électroniques et la dynamique de relaxation à la structure atomique des matériaux utilisés pour deux technologies différentes de cellules solaires, celle à base d’hétérostructures de silicium, et celle à base de pérovskites hybrides organiques-inorganiques. Dans les cellules solaires de silicium, nous avons analysé l'influence des défauts sur les propriétés électroniques des hétérostructures de silicium amorphe (a-Si:H/a-SIC:H/c-Si) par spectroscopies des niveaux de coeur et de la bande de valence. En particulier, nous avons quantifié le nombre de liaisons pendantes induites dans la couche a-Si:H par irradiation, et nous avons identifié les états électroniques qui leur sont associés. Enfin nous avons expliqué les transitions précédemment observées par photoluminescence. Dans les cellules solaires à pérovskite hybride, nous avons corrélé la structure atomique, la structure électronique et la dynamique électronique pour des pérovskites bi- et tridimensionnelles. Dans ce but nous avons utilisé tout un panel de techniques complémentaires: diffraction des rayons X, spectroscopie de photoémission résolue en angle, spectroscopie de photoémission inverse et photoémission à deux photons résolue en temps. Pour la pérovskite bidimensionnelle (C₆H₅C₂H₄NH₃)₂PbI₄, nous avons déterminé expérimentalement les bandes de valence et de conduction et nous les avons comparées aux simulations de la fonction spectrale. Pour la pérovskite tridimensionnelle CH₃NH₃PbI₃, nous avons aussi déterminé les structures de bande expérimentale et simulée. Des signatures spectrales très larges ont été observées expérimentalement, ce qui relaxe les conditions de transition optique avec un impact éventuel sur l'efficacité des cellules solaires. Tant dans les expériences que dans les calculs, nous observons que le poids spectral suit une périodicité cubique alors que le système est structurellement dans une phase tétragonale. Cette contradiction apparente s'explique par la largeur spectrale des bandes, qui cache le repliement dû à la distorsion tétragonale. En ce qui concerne la dynamique de relaxation, nous avons observé que les porteurs photoexcités se thermalisent dans une échelle de temps subpicoseconde par couplage aux vibrations des cations organiques. À des échelles de temps plus longues (10~100 picosecondes), la diffusion électronique contrôle la dynamique. Cette dynamique est affectée par les défauts induits par recuit, qui localisent les électrons photoexcités pendant plus de 300 picosecondes. / The efficiency of the photovoltaic process depends on the electronic band structure of the active material and the charge carrier dynamics. In this thesis, we have studied how these issues are related to the atomic structure in materials for two different technologies of solar cells, namely silicon heterostructure solar cells, and hybrid organic-inorganic perovskite solar cells. In silicon heterostructure solar cells, we have analyzed the impact of defects on the electronic properties of amorphous silicon heterostructures (a-Si:H/a-SIC:H/c-Si) by core level and valence band spectroscopies. In particular, we have quantified the number of dangling bonds inside a-Si:H layer upon irradiation, we have identified the electronic states associated to them, and we have understood the transitions previously observed by photoluminescence. In perovskite solar cells, we have correlated the atomic structure, the electronic structure and the electronic dynamics for two- and three-dimensional hybrid organic-inorganic perovskites. We have used with this goal a whole panel of complementary techniques: X-ray diffraction, angle-resolved photoemission spectroscopy, inverse photoemission spectroscopy, and time-resolved two-photon photoemission. In the two-dimensional perovskite (C₆H₅C₂H₄NH₃)₂PbI₄, the valence and conduction bands have been determined experimentally and compared to spectral function simulations. In the three-dimensional perovskite CH₃NH₃PbI₃, we have again determined the band structure and simulated it. Very broad spectral features have been experimentally observed, which relax the optical transition conditions impacting in the solarcell efficiencies. In both experiments and calculations, we observe that the spectral weight follows a cubic periodicity while the system is structurally in the tetragonal phase. This apparent contradiction is explained by the band broadness, which hides the band folding of the tetragonal distortion. As for the relaxation dynamics, we have observed that the photoexcited carriers thermalize in a subpicosecond time scale through the coupling to organic cation vibrations. At longer timescales (10~100 picoseconds), the electron diffusion controls the dynamics. This dynamics is affected by the annealing-induced defects, which localize the photoexcited electrons for more than 300 picoseconds.

A l’heure où les impacts du changement climatique sont devenus indéniables, le développement des énergies décarbonées s’impose. Potentiellement bas coût comparées aux technologies établies, les technologies organiques émergentes offrent une alternative éco-efficiente pour l’exploitation de l’énergie solaire et de l’énergie thermique (< 473 K). Dans le premier chapitre, les avantages et inconvénients des différentes technologies actuellement développées sont discutés. Les dispositifs photovoltaïques, tout comme thermoélectriques, requièrent deux types de matériaux conduisant respectivement les trous (type p) et les électrons (type n). Malgré des avancées remarquables, le développement de semi-conducteurs de type n constitue un levier d’amélioration majeur pour les technologies organiques. Dans ce contexte, ce travail doctoral présente la conception, la synthèse, la caractérisation et la mise en œuvre au sein de dispositifs, de polymères et petites molécules pi-conjugués de type n.Basées sur trois unités électro acceptrices – l’isoindigo (ISI), le naphtalène diimide (NDI) et le benzodifurandione-oligo(p-phénylènevinylène) fluoré (FBDOPV) – la conception et la synthèse de copolymères alternés sont présentées dans le deuxième chapitre. Ces polymères démontrent de hautes affinités électroniques comprises entre 3,5 eV et 4,1 eV. Les études de modélisations DFT et de diffraction de rayons X en couches minces ont permis d’identifier les principaux facteurs structuraux à l’origine des hautes mobilités en électron obtenues en transistor organique à effet de champ allant jusqu’à 0,26 cm2.V-1.s-1.Pour une application thermoélectrique, le dopage moléculaire de ces semi conducteurs organiques est requis et fait l’objet du troisième chapitre. Les conditions nécessaires à la thermo- et photo activation du dopant N-DMBI ont été identifiées. En particulier, la dégradation du dopant activé en présence d’oxygène a été mise en évidence par diffraction de rayons X sur monocristaux. Les polymères et deux petites molécules à base d’ISI et NDI ont été dopés avec succès. Les mécanismes de dopage et les conductivités obtenues sont discutés au cas par cas à l’aide d’expériences spectroscopiques UV Visible-Proche-Infrarouge et Résonance Paramagnétique Electronique. Des conductivités de l’ordre de 10-4 S.cm-1 sont obtenues sans apport énergétique ni avant ni après dépôt. Des conductivités encourageantes de l’ordre de 10-3 S.cm-1 pour une petit molécule à base de NDI et de 10-2 S.cm-1 pour un polymère à base de FBDOPV ont été atteintes. La stabilité et la réversibilité des conductivités des couches minces exposées à l’air ont été examinées et corrélées au niveau LUMO des matériaux. Le contrôle minutieux des conditions de dépôts et de dopage ont permis l’obtention d’un facteur de puissance de l’ordre de 0,3 µW.m 1.K-2 associé à une conductivité thermique de 0,53 W.m-1.K-1. Des figures de mérite d’environ 2.10-4 à 303 K et 5.10-4 à 388 K ont été mesurées, lesquelles représentent les premières valeurs reportées à ce jour pour un semi-conducteur organique dopé n sur un même dispositif.Ces matériaux permettent également le remplacement des dérivés fullerènes en dispositif photovoltaïque comme présenté dans le dernier chapitre. Ils démontrent notamment de forte propriétés d’absorption, étendue jusqu’au domaine proche infrarouge pour l’un des polymères. Un rendement de conversion de 1,3% a été obtenu en cellule solaire à hétérojonction en volume « tout-polymère » avant optimisation. Suivant une conception moléculaire de type donneur-espaceur-accepteur, deux dérivés d’ITIC ont été conçus et caractérisées. La modification de substituants alkyles sur l’espaceur permet d’obtenir des propriétés d’absorptions et d’organisations améliorées comparé à ITIC. De hautes tensions de circuit-ouvert allant jusqu’à 1,10 V et des rendements de 4,2% ont été obtenus avec ces accepteurs non-fullerènes. / At a time when the impacts of climate change have become undeniable, the development of low-carbon energies is crucial. Potentially low cost compared to established technologies, emerging organic technologies offer an eco-efficient alternative for harvesting solar and thermal (< 473 K) energies. In the first chapter, the advantages and drawbacks of the different technologies currently being developed are discussed. Photovoltaic devices, like thermoelectric devices, require two types of materials conducting holes (p type) and electrons (n-type) respectively. Despite remarkable advances, the development of n-type semiconductors represents a major lever for improving organic technologies. In this context, this doctoral work presents the design, synthesis, characterization and device developments of innovative pi-conjugated n-type polymers and small molecules.Based on three electron-accepting units – isoindigo (ISI), naphthalene diimide (NDI) and fluorinated benzodifurandione-oligo(p-phenylenevinylene) (FBDOPV) – the design and synthesis of alternated copolymers are presented in the second chapter. These polymers exhibit high electron affinities ranging from 3.5 eV to 4.1 eV. DFT modelling and thin-film X-ray diffraction studies allowed to identify the main structural aspects leading to electron mobility as high as 0.26 cm2.V 1.s 1 achieved in organic field effect transistors.For thermoelectricity, molecular doping of these organic semiconductors is required. It is the subject of the third chapter. The necessary conditions for thermo- and photo-activation of N DMBI dopant have been identified. In particular, the degradation of the activated dopant in the presence of oxygen has been demonstrated by single crystal X-ray diffraction. Each polymer and two small molecules based on ISI and NDI cores have successfully being doped. The doping mechanisms and conductivities obtained are discussed on a case by case basis using UV-Visible-Near-Infrared and Electron Paramagnetic Resonance spectroscopies. In particular, conductivities in the range of 10-4 S.cm-1 were obtained without external energy supply neither before nor after deposition. Encouraging conductivities in the range of 10-3 S.cm 1 for a small molecule based on NDI and 10-2 S.cm 1 for a polymer based on FBDOPV have been achieved. The stability and reversibility of thin film conductivities when exposed to air were investigated and correlated to the LUMO level of the materials. The thorough control of deposition and doping conditions have afforded to achieve a power factor of about 0.3 µW.m-1.K-2 associated to a thermal conductivity of 0.53 W.m 1.K 1. Figure of merits of approximately 2.10-4 at 303 K and 5.10-4 at 388 K have been obtained, which represent the first values reported to date for an n-doped organic semiconductor measured on a single device.These materials also allow the replacement of fullerene derivatives in photovoltaic devices as presented in the last chapter. In particular, they demonstrate strong absorption properties, extended to the near infrared domain for one of the polymers. A conversion efficiency of 1.3% was obtained in all polymer bulk-heterojunction solar cell before optimization. Following the donor-spacer-acceptor approach, two ITIC derivatives have been designed and characterized. The modification of alkyl substituents on the spacer provides improved absorption and molecular packing properties compared to ITIC. High open-circuit voltages up to 1.10 V and conversion efficiencies of 4.2% have been achieved with these non-fullerene acceptors.

Dans le contexte de la recherche sur l’amélioration des performances et la réduction des coûts des cellules solaires à base de silicium, nous nous sommes intéréssés dans cette thèse aux hétérojonctions entre le silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) et le silicium cristallin (c-Si). Nous avons étudié d’une part l’application de la technique de mesure du PhotoCourant Modulé (MPC) comme outil de caractérisation de l’interface a-Si:H/c-Si et que nous avons couplé à la technique de mesure de PhotoLuminescence Modulée (MPL) déjà largement utilisée pour étudier la qualité de passivation de l’interface. Nous avons alors caractérisé par ces deux techniques une série d'échantillons composées de (p)a-Si:H/(i)a-Si:H/(n)c-Si d'épaisseur de (i)a-Si:H allant de 2 à 50 nm. Une partie importante de cette étude a été réalisée par simulations numériques en 2D afin d’interpréter nos résultats expérimentaux. Une cohérence dans l'estimation de la densité d'état de défauts à l'interface a-Si:H/c-Si a été obtenue par les deux techniques. Nous avons conçu d’autre part un outil de couplage des simulations électriques et optiques pour le design de cellules à base de nanofils à hétérojonction. Grâce à cet outil nous avons réalisé une étude plus réaliste et plus complète qu'auparavant où ces deux simulations étaient effectuées de manière séparée. Nous montrons notamment comment les conditions sur les contacts électriques des nanofils affectent les performances de la cellule solaire. / In the context of the research on improving performances and reducing costs of silicon-based solar cells, we focused on heterojunctions between hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) and crystalline silicon (c-Si). On the one hand, we studied the application of the Modulated PhotoCurrent technique (MPC) as a tool for characterizing the a-Si:H/c-Si interface and which we coupled to the Modulated PhotoLuminescence technique (MPL) widely used to study the quality of interface passivation. We characterized by these two techiques a serie of samples composed of (p)a-Si:H/(i)a-Si:H/(n)c-Si with a thickness of (i)a-Si:H going from 2 to 50 nm. An important part of this study was made by 2D numerical simulations in order to interpret our experimental results. We showed that both techniques give the same estimation of the density of interface defects between (i)a-Si:H and (n)c-Si. On the other hand, we developped a tool for coupling electrical and optical simulations for the design of nanowire-based solar cells with a radial heterojunction. Formerly, these simulations were most of the time performed separately and therefore were not allowing for a complete study of these kind of structures. We then made a study showing how the conditions of electrical contacts of nanowires affect the performances of these solar cells.

Parmi les nouveaux matériaux massifs pour le silicium photovoltaïque (PV), le silicium multicristallin haute performance (HPmc-Si) a émergé en raison de son rendement de conversion supérieur à celui du silicium multi-cristallin (mc-Si) utilisé largement pour le solaire PV. Ce travail de recherche vise à comprendre l'influence des germes et des conditions de croissance sur les lingots HPmc-Si (structure de grains, dislocations, impuretés et propriétés PV). Cinq lingots ont été élaborés par solidification dirigée. Pour l’un d’entre eux, deux types de germes ont été utilisés. Les caractéristiques de la région de croissance initiale (jusqu’à 50 mm) sont directement liées aux propriétés de la couche de germes. Or, celle-ci dépend à la fois des types de germes utilisés et des paramètres de l’étape de fusion. Les paramètres de croissance prennent le contrôle de la structure de grains après la région affectée par la couche initiale de germes. Cependant, les paramètres de croissance étudiés modifient peu les caractéristiques entre lingots HPmc-Si et le rendement de conversion des cellules solaires. Les zones de faible durée de vie des porteurs minoritaires déterminent le rendement de conversion et peuvent être principalement associées aux défauts structuraux et à la taille du grain, en plus des impuretés métalliques. La compétition des grains est un phénomène dynamique qui permet la disparition de certains grains défectueux pendant la croissance et surtout le maintien d’une taille de grains et homogène. Cette homogénéité obtenue pour la gamme de paramètres étudiée est une des caractéristiques principales des lingots HPmc-Si / Among new bulk silicon PV materials, HPmc-Si is one to be considered due its higher conversion efficiency compared to mc-Si solar PV. This research work aims at understanding the influence of the seeding materials and growth conditions on HPmc-Si ingots (dislocations and impurities). Five ingots were grown, and two types of seeding materials are compared to study the grain structure, the electrical properties and the conversion efficiency of solar cells. The initial growth region up to 50 mm is directly linked to the seed layer properties which are dependent on the melting segment parameters. The growth parameters take control on the grain structure after the seed affected region. The growth parameters studied modify little the characteristics of HPmc-Si ingots and the solar cell conversion efficiency. Low carrier lifetimeareas determine the conversion efficiency and they can mainly be associated to the grain size, besides metallic impurities. The grain competition is very dynamic to suppress defective grains and to maintain smaller grain size variation, homogeneous grain size and properties being the most important characteristic of HPmc-Si ingots

Les cellules photovoltaïques (PV) des modules ou panneaux solaires, sont protégées des agressions extérieures par des résines polymères encapsulantes qui, pour la plupart, sont des matériaux élastomériques réticulés. L’optimisation et le contrôle de l’étape d’encapsulation peut permettre un gain de productivité et augmenter la durée de vie des modules, ce qui réduit les coûts de l’électricité générée. Deux voies ont ainsi été explorées dans ce travail : 1) La première concerne l’étude de l’état de réticulation de l’encapsulant majoritairement utilisé actuellement, un copolymère d’éthylène et d’acétate de vinyle connu sous le nom d’EVA ; celui-ci est mis en œuvre sous forme de feuilles ou films. Une faible réticulation de l’encapsulant peut mener, entre autre, à son fluage lors de son utilisation, impactant directement la durée de vie du module. Il est donc important de suivre le niveau de réticulation de l’encapsulant lors des opérations de contrôle. La comparaison de différentes méthodes d’évaluation du degré de réticulation ont donc été menées ; 2) La deuxième voie concerne des études autour d’un nouveau procédé d’encapsulation. En effet, le procédé industriel actuel, inclut une étape dite de « lamination », pendant laquelle l’encapsulant est fondu et réticulé autour des cellules. Cette étape relativement longue crée des contraintes thermomécaniques pouvant limiter la durée de vie des modules PV. Le développement d’un nouveau procédé d’encapsulation où l’encapsulant en film est remplacé par un encapsulant liquide photopolymérisable permettrait de diminuer les coûts de production tout en augmentant potentiellement la durée de vie des modules. Les propriétés rhéologiques et la cinétique de polymérisation de ce nouvel encapsulant sont ainsi étudiées. Enfin les deux voies d’encapsulation sont comparées. Il a été montré que d’un point de vue des performances électriques le nouveau procédé présente un avantage potentiel et que d’un point de vue de la tenue au vieillissement il est équivalent au procédé industriel actuel / Photovoltaic (PV) cells, for solar modules or panels, are protected from environmental stresses by polymeric encapsulants, which are mostly crosslinked elastomers. The optimization and the control of the encapsulation step have a twofold interest by increasing PV module lifetime and productivity, thus leading to a decrease of the cost of generated electricity. Two main directions have been investigated in this work: 1) The first one is related to the study of the crosslinking degree of the main industrial PV polyolefin encapsulant, EVA, which is a copolymer composed of ethylene and vinyl acetate, used currently in film form. Indeed, poor crosslinking level can lead to its creep, impacting directly the module lifetime. To overcome this problem, the quality control needs to be improved, by the evaluation of the crosslinking degree obtained while using the conventional encapsulation process (through lamination of encapsulant foils). Thus, the comparison of several methods to evaluate this degree are led ;2) The second direction concerns the study of a new encapsulation process. Indeed, the conventional lamination process potentially creates mechanical stresses in the PV cells, which as a consequence may limit the PV module lifetime. Moreover, lamination requires a relatively long processing time. To overcome this problem, the development of a new encapsulation process using a photopolymerizable encapsulant, initially liquid, decreases the production costs of PV modules and potentially increases their lifetime. The rheology properties and the polymerization kinetics of the new encapsulant are studied. At the end of the present work, both encapsulation processes are compared. Electrical performances of PV cells are measured before and after encapsulation as well as before and after ageing cycles. It has been revealed that the new encapsulation process presents at least as good, if not better performances than the standard process, thus highlighting its big potential for the manufacturing of PV modules